李永乐老师 Youtube, 如何推翻相对论?广义相对论的建立和实验验证 (2)
如何 推翻 相对论 ?广义 相对论 的 建立 和 实验 验证 (2)
这个 称之为 世界 线
而且 爱因斯坦 就 怀疑
说 在 这个 四维时空 中 地球 所 做 的 运动
就 好像 是 平面 上 的 一个 直线 一样
给 它 起个 名字 叫测 地线 测 地线 是 吧
是因为 太阳 造成 了 这个 时空 的 扭曲
这个 时空 扭曲 了 之后
就 会 有 一个 最短 或者 最长 的 测 地线
物体 的 运动 就是 沿着 这个 测 地线 运动 的
这 就是 所谓 的 几何 效应
你 把 地球 换成 一个 人
只要 人 还 在 地球 轨道 上
并且 与 地球 同样 的 速度 运动
他 还是 会 走 这个 测 地线 的
他 和 地球 的 质量 大小 没有 什么 关系 是不是
爱因斯坦 他 就 想到 了 这么 一个 问题
也 通过 这个 问题
爱因斯坦 得到 了 一个 结论
说 引力 到底 怎么回事
说 引力 是 这么回事
首先 是 物质 的 存在 比如说 太阳 对 吧
物质 就 会 引起 时空 的 弯曲
本来 时空 是 平直 的
如果 时空 是 平直 的
那么 就是 狭义 相对论 所 讨论 的 范围
但是 一旦 有 了 物质
这个 物质 就 会 造成 时空 的 弯曲
而且 质量 越大 时空 弯曲 就 越 厉害
比如 太阳 它 就 会 造成 周围 时空 弯曲 非常 厉害
而 时空 的 弯曲
又 会 造成 旁边 的 物体
做 这个 测 地线 的 运动 是 吧
造成 它 做测 地线 的 运动
造成 测 地线 的 运动
简单 来说 就是 物质 告诉 时空 如何 弯曲
而 时空 告诉 物体 如何 运动
这 就是 广义 相对论 的 核心内容
最 开始 爱因斯坦 就 提出 了 两个 方程
第一个 方程 就是 告诉 我们
物质 如何 引起 时空 弯曲
我们 就 称之为 引力场 方程
引力场 方程
后来 又 发现 了 一个
说 这个 时空 弯曲 如何 引起 测 地线 的 运动
就 称之为 运动 方程 对 吧
再 后来 爱因斯坦 说
这 两 方程 第一个 可以 推出 第二个
所以 运动 方程 不必要
这 广义 相对论 唯一 的 一个 核心 方程
就是 引力场 方程
这样一来 就 解释 了 引力 了
原来 我们 认为 引力 就是 物质 直接 引起 了 运动
这 就是 引力
现在 我们 认为 引力 是 物质 先 引起 了 时空 的 弯曲
而 时空 的 弯曲 造成 了 测 地线 的 运动
这种 测 地线 的 运动
有点 类似 于 在 一个 四维时空 中 走 直线
我们 就 称之为 是 几何 效应
爱因斯坦 提出 的 这个 理论 是 非常 艰辛 的
最 开始 他 思考 也许 引力 是 一种 几何 效应
但是 他 的 几何学 又 不足以 支撑 他 提出 这个 理论
他 只好 找人 帮忙 找 谁 呢
就 找 他 大学 同学 格罗斯曼
咱们 以前 说 过 爱因斯坦 在 上学 的 时候
学习成绩 一般般 不算 很 好 对 吧
他 的 老师 闵可 夫斯基
就 提出 四维时空 这个 人
还是 斥责 爱因斯坦 是 条懒 狗
但是 他们 班有 好 学生 有 格罗斯曼
而且 格罗斯曼 跟 爱因斯坦 的 关系 还 特别 好
每次 考试 之前
这 就 格罗斯曼 都 把 自己 的 笔记 借给 爱因斯坦
这 爱因斯坦 毕业 之后 找 不到 工作
还是 格罗斯曼 找 他 爸 给 爱因斯坦 走后门
介绍 了 一个 专利局 的 工作
格罗斯曼 对 爱因斯坦 帮助 很大
爱因斯坦 又 遇到困难 又 去 找 格罗斯曼
说 你 能 不能 告诉 我
说 我 这个 几何 怎么 补一补
格罗斯曼 是 个 数学家
他 就 经过 研究 发现
说 你 这个 可能 需要 黎曼 几何
我 介绍 几个 懂 黎曼 几何 的 人 给 你 认识 是 吧
让 爱因斯坦 学了 半天 黎曼 几何
学完 了 之后 就 发现 好像 有点 意思 了
但是 还 差 那么 一点
能 不能 再 给 我 介绍 个人 呢
爱因斯坦 又 找到 了 谁 呢
找到 了 希尔伯特
希尔伯特 是 20 世纪 最 伟大 的 数学家
那么 在 希尔伯特 的 启发 之下
爱因斯坦 最终 在 1915 年 的 年底 的 时候
发表 了 一篇 论文
就 提出 了 广义 相对论
其实 希尔伯特 在 跟 爱因斯坦 讨论 的 过程 中
希尔伯特 也 产生 了 广义 相对论 的 想法
而且 发表 论文 还 比 爱因斯坦 早 五天
大家 注意
希尔伯特 发表 广义 相对论 论文
还 比 爱因斯坦 早 五天
但是 为什么 我们 认为 广义 相对论
不是 希尔伯特 发现 的 呢
这 是因为 希尔伯特 的 那 篇 论文 中
没有 明确 地 提出 引力场 的 方程
后来 希尔伯特 看到 了 爱因斯坦 的 论文 之后
才 把 这个 引力场 的 方程
又 补充 到 自己 的 论文 当中 去
所以 希尔伯特 就 写信给 爱因斯坦
恭喜 爱因斯坦
说 你 看 我们 的 理论 成功 了 发表 了
爱因斯坦 怎么 说
爱因斯坦 说 那 是 我 的 理论
什么 我们 的 理论
希尔伯特 说 是 是 是 你 的 理论 是 吧
希尔伯特 这个 人 比较 大度
没有 跟 爱因斯坦 去 争夺 这个
广义 相对论 的 发明权
爱因斯坦 提出 广义 相对论 之后 非常 的 自豪
他 说 如果 我 不 提出 狭义 相对论 的话
那么 不 出 五年 什么 洛伦兹 什么 庞加莱
就 得 提出 狭义 相对论
但是 我 如果 不 提出 广义 相对论 的话
五十年 之内 恐怕 都 没有 人 能够 提 得 出来 是 吧
最有 希望 的 是 希尔伯特
但 我 估计 没有 爱因斯坦 的话
希尔伯特 可能 也 提 不 出来 广义 相对论
那么 广义 相对论 到底 是 正确 的 还是 错误 的
它 得 能够 经受 住 实验 的 考验 对 吧
所以 我们 来说 一下 实验 的 证实
爱因斯坦 的 广义 相对论 如何 用 实验 去 进行 证实
第一个 实验 就是 水星 的 近日点 的 进动
水星 的 近日点 的 进动 现象
什么 叫 水星 近日点 进动 呢
根据 牛顿定律 计算 我们 以前 讲过
牛顿定律 最初 的 发展
就是 解释 了 从 万有引力
如何 推导 出 行星 运动 是 椭圆
但是 后来 人们 经过 天文 观测
发现 很多 星球 它 的 轨道 都 不是 一个 严格 的 椭圆
它 的 这个 长轴 都 在 不停 地 改变 位置
这个 现象 我们 称之为 进动
进动 的 原因 是 什么 呢
最初 人们 认为
就是 因为 其他 星球 的 这个 影响 对 吧
天体 的 摄动 岁差 等等 这些 原因 造成 的 是 吧
而且 这个 进动 以 水星 最为 明显
水星 的 进动 是 每 100 年 5600''
每 100 年 水星 那个 长轴 会 进动 5600''
5600'' 是 多 大 的 角度 你 知道 吗
一度 是 60' 一分 是 60''
也 就 一度 3600''
5600'' 大约 是 1.5'
100 年 才 进动 1.5 度
说明 这个 角度 非常 小
但是 这个 现象 在 1859 年 的 时候
就 已经 被 天文学家 勒维烈 发现 了
那 人们 就 去 思考 说
这 100 年 5600'' 的 这个 进动
是 如何 出现 的 呢
如果 我们 根据 牛顿定律 进行 计算
牛顿定律 就 去 考虑 其他 行星 的 这个 影响
什么 岁差 什么 摄动 这些 东西
大概 能算 出来
5557'' 每 100 年
每 100 年 它 应该 进动 5557''
但是 实际上 进动 是 5600''
所以 它 还 差 了 43'' 每 100 年
这个 原因 是 什么
最 开始 人们 一直 都 没有 想 清楚
直到 爱因斯坦 思考 出 了 广义 相对论 之后
他 利用 广义 相对论 才 解释 了 这个 问题
他 说 因为 太阳 的 质量 特别 大
所以 造成 了 周围 时空 的 扭曲
我们 按照 这个 引力场 方程 再 指出 测 地线 运动
你 就 会 发现
水星 它 应该 还 补上 43''100 年 的 这个 进动
所以 得 通过 广义 相对论 我们 才能 解释
剩下 的 这 43'' 每 100 年 的 这个 进动 现象
爱因斯坦 证明 了 这件 事 之后 非常 的 高兴
写信给 他 的 朋友 说
你 知道 我 有 多 兴奋 吗
我 解释 了 水星 的 这个 近日点 进动 现象 之后
好几个 星期 我 都 睡不着 觉 是 吧
爱因斯坦 当时 特别 的 兴奋
那么 除此之外
爱因斯坦 还 提出 了 另外 两个 验证 的 实验
第二个 实验 是 什么 呢
这个 光线 的 偏折
我们 之前 说 过
这个 引力场 就 造成 了 周围 时空 的 这个 弯曲
造成 时空 弯曲 之后
光线 在 弯曲 的 时 空中 就 会 发生 偏折
就 光线 的 偏折 现象
我们 在 这里 画 一个 示意图
就是说 如果 有 两个 光线
分别 是从 两颗 星 发过来 的 对 吧 发过来 的
这个 时候 我们 在 地球 上去 观测
你 会 发现 它们 俩 之间 有个 夹角 α
但是 如果 这 两颗 星是 在 太阳 附近 发过来 的
它 就 会 因为 太阳 的 引力
或者说 因为 太阳 造成 的 时空 扭曲 的 作用
而 发生 偏折
这样一来 这个 角度 β 就 跟 α 角 就 不 一样 了
就 能 看出 这个 差别 来
当然 太阳 的 光 特别 强
如果 你 这个 光线 离 太阳 太近 的话
你 就 看不清楚 这个 光线 了
所以 为了 能够 看清
必须 在 日食 的 时候 去 做 这个 实验
于是 在 1919 年 的 时候
1919 年 天文学家 爱丁顿 就 带 着 他 的 助手
去 做 了 这个 实验
在 两个 地方 做 的
那么 爱丁顿 通过 测量 发现 这 两个 角度
α 和 β 之间 的 偏差 有 多 大 呢
有 1.61'' 就 这 两个 角度 之间 差别
而 爱丁顿 的 助手 测量 的 结果 是 1.98''
测出 这 两个 值 了
那么 按照 牛顿定律
我们 也 可以 计算 出 一个 值来
按照 广义 相对论 我们 也 能 计算 出 一个 值来
只不过 按照 牛顿定律 计算出来 的 结果
是 广义 相对论 的 一半
他们 两个 谁 对 呢
按照 牛顿定律 计算出来 的 结果
应该 是 0.875''
而 爱因斯坦 的 广义 相对论 计算出来 的 结果
是 1.75''
谁 对 呀
爱因斯坦 又 对 了
当 爱丁顿 把 这个 结果 告诉 爱因斯坦 的 时候
说 爱因斯坦 你 又 对 了
爱因斯坦 怎么 回应 呢
他 说 我 从来 没有 想到 过会 有 其他 的 结果
爱因斯坦 已经 非常 的 平静 了 对 吧
好 这是 爱因斯坦 提出 的 第二个 实验 验证
他 又 对 了
第三个 实验 验证 的 是 引力 红移 现象
引力 红移 现象
什么 叫 引力 红移 现象 呢
就是 假如 这是 地球 或者 是 太阳 或者 什么
在 这里 发射 了 一 道光
发射 出去 之后
因为 这个 广义 相对论 造成 的 时空 弯曲 效应
这个 光 在 刚 发射 时 的 频率 ν₁
和 发射 到 很 高 的 地方 的 频率 ν₂
它 是 不 一样 的
这个 ν₂ 它会 比较 小
也就是说 它会 发生 红移
这 就是 所谓 的 引力 造成 的 红移 现象
而且 其实 我们 是 可以 进行 计算 的
如果 这个 距离 是 L 的话
我们 可以 列 一个 近似 的 公式
就是 在 地面 上
这个 光子 它 的 能量 叫 普朗克 常数 乘以 ν₁
上 过 中学 同学 应该 知道 啥意思 是 吧
到 了 高空 之后 它 的 这个 能量 是 hν₂
同时 还有 一个 类似 于 重力势能 的 能量 是 吧
mg 再 乘以 一个 L 是不是
同时 我们 还 知道 这个 光子 的 质量 是 多少
光子 的 质量 应该 是 mc²=hν
这个 ν 它 既 可以 是 等于 ν₁ 也 可以 等于 ν₂
因为 ν₁ ν₂ 很 接近
你 通过 这 两个 式子 做 求解 的话
你 就 会 发现
这个 频率 差 的 相对 变化 等于 gL/c²
这 是 在 距离 比较 近 的 时候 近似 出来 的 一个 结果
那么 这个 结果 对 不 对 呢
爱因斯坦 去世 了 4 年 之后
在 1959 年 的 时候
有 哈佛大学 的 两位 科学家 庞德 和 雷布卡
他们 两个 人 做 了 一个 实验
在 哈佛大学 的 一个 很 高 的 这个 塔楼 上 是 吧
做 了 这么 一个 实验
从 高处 往 下发 了 个 光
测量 这个 Δν/ν 频率 之差 等于 多少
结果 他 发现 这个 距离 大约 是 22.5 米
计算出来 的 频率 差
Δν/ν 是 2.5×10⁻¹⁵
结果 完全符合 爱因斯坦 的 预言
爱因斯坦 又 对 了 是 吧
不仅仅 是 这 三个 爱因斯坦 自己 提出 的 实验
后来 人们 又 做 了 很多 验证 爱因斯坦 理论 的 实验
比如说 像 雷达 回波 实验 引力波 实验
最终 一次 又 一次 地 证明 爱因斯坦 是 对 的
爱因斯坦 是 德国 的 犹太人
后来 纳粹 上台 了 之后 就 开始 迫害 犹太人
然后 爱因斯坦 就 跑 了
那么 为了 破坏 爱因斯坦 的 名声
纳粹 就 想 出 了 很 多种 办法
比如 这么 一种 说法
说 纳粹 招集 了 100 个 科学家 写 了 一 本书
叫 《100 名 科学家 反对 爱因斯坦 》
爱因斯坦 怎么 说 呢
说 反对 我 并不需要 那么 多 科学家
只要 有 一个 人有 正确 的 理论 就够 了
从 学术 上 批驳 爱因斯坦 失败 之后
如何 推翻 相对论 ?广义 相对论 的 建立 和 实验 验证 (2)
How to disprove the theory of relativity? Establishment and experimental verification of general relativity (2)
这个 称之为 世界 线
而且 爱因斯坦 就 怀疑
说 在 这个 四维时空 中 地球 所 做 的 运动
就 好像 是 平面 上 的 一个 直线 一样
给 它 起个 名字 叫测 地线 测 地线 是 吧
是因为 太阳 造成 了 这个 时空 的 扭曲
这个 时空 扭曲 了 之后
就 会 有 一个 最短 或者 最长 的 测 地线
物体 的 运动 就是 沿着 这个 测 地线 运动 的
这 就是 所谓 的 几何 效应
你 把 地球 换成 一个 人
只要 人 还 在 地球 轨道 上
并且 与 地球 同样 的 速度 运动
他 还是 会 走 这个 测 地线 的
他 和 地球 的 质量 大小 没有 什么 关系 是不是
爱因斯坦 他 就 想到 了 这么 一个 问题
也 通过 这个 问题
爱因斯坦 得到 了 一个 结论
说 引力 到底 怎么回事
说 引力 是 这么回事
首先 是 物质 的 存在 比如说 太阳 对 吧
物质 就 会 引起 时空 的 弯曲
本来 时空 是 平直 的
如果 时空 是 平直 的
那么 就是 狭义 相对论 所 讨论 的 范围
但是 一旦 有 了 物质
这个 物质 就 会 造成 时空 的 弯曲
而且 质量 越大 时空 弯曲 就 越 厉害
比如 太阳 它 就 会 造成 周围 时空 弯曲 非常 厉害
而 时空 的 弯曲
又 会 造成 旁边 的 物体
做 这个 测 地线 的 运动 是 吧
造成 它 做测 地线 的 运动
造成 测 地线 的 运动
简单 来说 就是 物质 告诉 时空 如何 弯曲
而 时空 告诉 物体 如何 运动
这 就是 广义 相对论 的 核心内容
最 开始 爱因斯坦 就 提出 了 两个 方程
第一个 方程 就是 告诉 我们
物质 如何 引起 时空 弯曲
我们 就 称之为 引力场 方程
引力场 方程
后来 又 发现 了 一个
说 这个 时空 弯曲 如何 引起 测 地线 的 运动
就 称之为 运动 方程 对 吧
再 后来 爱因斯坦 说
这 两 方程 第一个 可以 推出 第二个
所以 运动 方程 不必要
这 广义 相对论 唯一 的 一个 核心 方程
就是 引力场 方程
这样一来 就 解释 了 引力 了
原来 我们 认为 引力 就是 物质 直接 引起 了 运动
这 就是 引力
现在 我们 认为 引力 是 物质 先 引起 了 时空 的 弯曲
而 时空 的 弯曲 造成 了 测 地线 的 运动
这种 测 地线 的 运动
有点 类似 于 在 一个 四维时空 中 走 直线
我们 就 称之为 是 几何 效应
爱因斯坦 提出 的 这个 理论 是 非常 艰辛 的
最 开始 他 思考 也许 引力 是 一种 几何 效应
但是 他 的 几何学 又 不足以 支撑 他 提出 这个 理论
他 只好 找人 帮忙 找 谁 呢
就 找 他 大学 同学 格罗斯曼
咱们 以前 说 过 爱因斯坦 在 上学 的 时候
学习成绩 一般般 不算 很 好 对 吧
他 的 老师 闵可 夫斯基
就 提出 四维时空 这个 人
还是 斥责 爱因斯坦 是 条懒 狗
但是 他们 班有 好 学生 有 格罗斯曼
而且 格罗斯曼 跟 爱因斯坦 的 关系 还 特别 好
每次 考试 之前
这 就 格罗斯曼 都 把 自己 的 笔记 借给 爱因斯坦
这 爱因斯坦 毕业 之后 找 不到 工作
还是 格罗斯曼 找 他 爸 给 爱因斯坦 走后门
介绍 了 一个 专利局 的 工作
格罗斯曼 对 爱因斯坦 帮助 很大
爱因斯坦 又 遇到困难 又 去 找 格罗斯曼
说 你 能 不能 告诉 我
说 我 这个 几何 怎么 补一补
格罗斯曼 是 个 数学家
他 就 经过 研究 发现
说 你 这个 可能 需要 黎曼 几何
我 介绍 几个 懂 黎曼 几何 的 人 给 你 认识 是 吧
让 爱因斯坦 学了 半天 黎曼 几何
学完 了 之后 就 发现 好像 有点 意思 了
但是 还 差 那么 一点
能 不能 再 给 我 介绍 个人 呢
爱因斯坦 又 找到 了 谁 呢
找到 了 希尔伯特
希尔伯特 是 20 世纪 最 伟大 的 数学家
那么 在 希尔伯特 的 启发 之下
爱因斯坦 最终 在 1915 年 的 年底 的 时候
发表 了 一篇 论文
就 提出 了 广义 相对论
其实 希尔伯特 在 跟 爱因斯坦 讨论 的 过程 中
希尔伯特 也 产生 了 广义 相对论 的 想法
而且 发表 论文 还 比 爱因斯坦 早 五天
大家 注意
希尔伯特 发表 广义 相对论 论文
还 比 爱因斯坦 早 五天
但是 为什么 我们 认为 广义 相对论
不是 希尔伯特 发现 的 呢
这 是因为 希尔伯特 的 那 篇 论文 中
没有 明确 地 提出 引力场 的 方程
后来 希尔伯特 看到 了 爱因斯坦 的 论文 之后
才 把 这个 引力场 的 方程
又 补充 到 自己 的 论文 当中 去
所以 希尔伯特 就 写信给 爱因斯坦
恭喜 爱因斯坦
说 你 看 我们 的 理论 成功 了 发表 了
爱因斯坦 怎么 说
爱因斯坦 说 那 是 我 的 理论
什么 我们 的 理论
希尔伯特 说 是 是 是 你 的 理论 是 吧
希尔伯特 这个 人 比较 大度
没有 跟 爱因斯坦 去 争夺 这个
广义 相对论 的 发明权
爱因斯坦 提出 广义 相对论 之后 非常 的 自豪
他 说 如果 我 不 提出 狭义 相对论 的话
那么 不 出 五年 什么 洛伦兹 什么 庞加莱
就 得 提出 狭义 相对论
但是 我 如果 不 提出 广义 相对论 的话
五十年 之内 恐怕 都 没有 人 能够 提 得 出来 是 吧
最有 希望 的 是 希尔伯特
但 我 估计 没有 爱因斯坦 的话
希尔伯特 可能 也 提 不 出来 广义 相对论
那么 广义 相对论 到底 是 正确 的 还是 错误 的
它 得 能够 经受 住 实验 的 考验 对 吧
所以 我们 来说 一下 实验 的 证实
爱因斯坦 的 广义 相对论 如何 用 实验 去 进行 证实
第一个 实验 就是 水星 的 近日点 的 进动
水星 的 近日点 的 进动 现象
什么 叫 水星 近日点 进动 呢
根据 牛顿定律 计算 我们 以前 讲过
牛顿定律 最初 的 发展
就是 解释 了 从 万有引力
如何 推导 出 行星 运动 是 椭圆
但是 后来 人们 经过 天文 观测
发现 很多 星球 它 的 轨道 都 不是 一个 严格 的 椭圆
它 的 这个 长轴 都 在 不停 地 改变 位置
这个 现象 我们 称之为 进动
进动 的 原因 是 什么 呢
最初 人们 认为
就是 因为 其他 星球 的 这个 影响 对 吧
天体 的 摄动 岁差 等等 这些 原因 造成 的 是 吧
而且 这个 进动 以 水星 最为 明显
水星 的 进动 是 每 100 年 5600''
每 100 年 水星 那个 长轴 会 进动 5600''
5600'' 是 多 大 的 角度 你 知道 吗
一度 是 60' 一分 是 60''
Once it was 60' and one point was 60''
也 就 一度 3600''
5600'' 大约 是 1.5'
100 年 才 进动 1.5 度
说明 这个 角度 非常 小
但是 这个 现象 在 1859 年 的 时候
就 已经 被 天文学家 勒维烈 发现 了
那 人们 就 去 思考 说
这 100 年 5600'' 的 这个 进动
是 如何 出现 的 呢
如果 我们 根据 牛顿定律 进行 计算
牛顿定律 就 去 考虑 其他 行星 的 这个 影响
什么 岁差 什么 摄动 这些 东西
大概 能算 出来
5557'' 每 100 年
每 100 年 它 应该 进动 5557''
但是 实际上 进动 是 5600''
所以 它 还 差 了 43'' 每 100 年
这个 原因 是 什么
最 开始 人们 一直 都 没有 想 清楚
直到 爱因斯坦 思考 出 了 广义 相对论 之后
他 利用 广义 相对论 才 解释 了 这个 问题
他 说 因为 太阳 的 质量 特别 大
所以 造成 了 周围 时空 的 扭曲
我们 按照 这个 引力场 方程 再 指出 测 地线 运动
你 就 会 发现
水星 它 应该 还 补上 43''100 年 的 这个 进动
所以 得 通过 广义 相对论 我们 才能 解释
剩下 的 这 43'' 每 100 年 的 这个 进动 现象
爱因斯坦 证明 了 这件 事 之后 非常 的 高兴
写信给 他 的 朋友 说
你 知道 我 有 多 兴奋 吗
我 解释 了 水星 的 这个 近日点 进动 现象 之后
好几个 星期 我 都 睡不着 觉 是 吧
爱因斯坦 当时 特别 的 兴奋
那么 除此之外
爱因斯坦 还 提出 了 另外 两个 验证 的 实验
第二个 实验 是 什么 呢
这个 光线 的 偏折
我们 之前 说 过
这个 引力场 就 造成 了 周围 时空 的 这个 弯曲
造成 时空 弯曲 之后
光线 在 弯曲 的 时 空中 就 会 发生 偏折
就 光线 的 偏折 现象
我们 在 这里 画 一个 示意图
就是说 如果 有 两个 光线
分别 是从 两颗 星 发过来 的 对 吧 发过来 的
They were sent from two stars, right?
这个 时候 我们 在 地球 上去 观测
你 会 发现 它们 俩 之间 有个 夹角 α
但是 如果 这 两颗 星是 在 太阳 附近 发过来 的
它 就 会 因为 太阳 的 引力
或者说 因为 太阳 造成 的 时空 扭曲 的 作用
而 发生 偏折
这样一来 这个 角度 β 就 跟 α 角 就 不 一样 了
就 能 看出 这个 差别 来
当然 太阳 的 光 特别 强
如果 你 这个 光线 离 太阳 太近 的话
你 就 看不清楚 这个 光线 了
所以 为了 能够 看清
必须 在 日食 的 时候 去 做 这个 实验
于是 在 1919 年 的 时候
1919 年 天文学家 爱丁顿 就 带 着 他 的 助手
去 做 了 这个 实验
在 两个 地方 做 的
那么 爱丁顿 通过 测量 发现 这 两个 角度
α 和 β 之间 的 偏差 有 多 大 呢
有 1.61'' 就 这 两个 角度 之间 差别
而 爱丁顿 的 助手 测量 的 结果 是 1.98''
测出 这 两个 值 了
那么 按照 牛顿定律
我们 也 可以 计算 出 一个 值来
按照 广义 相对论 我们 也 能 计算 出 一个 值来
只不过 按照 牛顿定律 计算出来 的 结果
是 广义 相对论 的 一半
他们 两个 谁 对 呢
按照 牛顿定律 计算出来 的 结果
应该 是 0.875''
而 爱因斯坦 的 广义 相对论 计算出来 的 结果
是 1.75''
谁 对 呀
爱因斯坦 又 对 了
当 爱丁顿 把 这个 结果 告诉 爱因斯坦 的 时候
说 爱因斯坦 你 又 对 了
爱因斯坦 怎么 回应 呢
他 说 我 从来 没有 想到 过会 有 其他 的 结果
He said I never thought there would be other results
爱因斯坦 已经 非常 的 平静 了 对 吧
好 这是 爱因斯坦 提出 的 第二个 实验 验证
他 又 对 了
第三个 实验 验证 的 是 引力 红移 现象
引力 红移 现象
什么 叫 引力 红移 现象 呢
就是 假如 这是 地球 或者 是 太阳 或者 什么
在 这里 发射 了 一 道光
发射 出去 之后
因为 这个 广义 相对论 造成 的 时空 弯曲 效应
这个 光 在 刚 发射 时 的 频率 ν₁
和 发射 到 很 高 的 地方 的 频率 ν₂
它 是 不 一样 的
这个 ν₂ 它会 比较 小
也就是说 它会 发生 红移
这 就是 所谓 的 引力 造成 的 红移 现象
而且 其实 我们 是 可以 进行 计算 的
如果 这个 距离 是 L 的话
我们 可以 列 一个 近似 的 公式
就是 在 地面 上
这个 光子 它 的 能量 叫 普朗克 常数 乘以 ν₁
上 过 中学 同学 应该 知道 啥意思 是 吧
到 了 高空 之后 它 的 这个 能量 是 hν₂
After reaching high altitude, its energy is hν₂
同时 还有 一个 类似 于 重力势能 的 能量 是 吧
mg 再 乘以 一个 L 是不是
同时 我们 还 知道 这个 光子 的 质量 是 多少
光子 的 质量 应该 是 mc²=hν
这个 ν 它 既 可以 是 等于 ν₁ 也 可以 等于 ν₂
因为 ν₁ ν₂ 很 接近
你 通过 这 两个 式子 做 求解 的话
你 就 会 发现
这个 频率 差 的 相对 变化 等于 gL/c²
这 是 在 距离 比较 近 的 时候 近似 出来 的 一个 结果
那么 这个 结果 对 不 对 呢
爱因斯坦 去世 了 4 年 之后
在 1959 年 的 时候
有 哈佛大学 的 两位 科学家 庞德 和 雷布卡
他们 两个 人 做 了 一个 实验
在 哈佛大学 的 一个 很 高 的 这个 塔楼 上 是 吧
做 了 这么 一个 实验
从 高处 往 下发 了 个 光
测量 这个 Δν/ν 频率 之差 等于 多少
结果 他 发现 这个 距离 大约 是 22.5 米
计算出来 的 频率 差
Δν/ν 是 2.5×10⁻¹⁵
结果 完全符合 爱因斯坦 的 预言
爱因斯坦 又 对 了 是 吧
不仅仅 是 这 三个 爱因斯坦 自己 提出 的 实验
后来 人们 又 做 了 很多 验证 爱因斯坦 理论 的 实验
比如说 像 雷达 回波 实验 引力波 实验
最终 一次 又 一次 地 证明 爱因斯坦 是 对 的
爱因斯坦 是 德国 的 犹太人
后来 纳粹 上台 了 之后 就 开始 迫害 犹太人
然后 爱因斯坦 就 跑 了
那么 为了 破坏 爱因斯坦 的 名声
纳粹 就 想 出 了 很 多种 办法
比如 这么 一种 说法
说 纳粹 招集 了 100 个 科学家 写 了 一 本书
叫 《100 名 科学家 反对 爱因斯坦 》
爱因斯坦 怎么 说 呢
说 反对 我 并不需要 那么 多 科学家
只要 有 一个 人有 正确 的 理论 就够 了
从 学术 上 批驳 爱因斯坦 失败 之后
After the academic failure to refute Einstein
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